玻璃钢泵站防浮设计规范（附计算实例）

玻璃钢泵站防浮设计规范（附计算实例）

在给排水工程。解理深加例实算计际实中，玻璃钢泵站凭借其耐腐蚀、重量轻、安装便捷等特性得到了广泛应用。尤其是在地下水位较高的地区，泵站面临着地下水浮力的挑战，若防浮设计不当，泵站可能出现上浮、倾斜甚至损坏等问题，严重影响其正常运行。因此，遵循科学的防浮设计规范并结合精准的计算至关重要。本文将详细介绍玻璃钢泵站的防浮设计规范，并通过实际计算实例加深理解。

防浮设计基本原理原本基理

浮力与重力平衡概念

玻璃钢泵站在地下水位以下时，根据阿基米德原理，会受到向上的浮力作用。浮力大小等于泵站排开地下水的重量。为确保泵站稳定，需使泵站自身重力以及其他抗浮措施产生的向下作用力之和大于等于浮力。即通过合理设计，实现浮力与重力及附加抗浮力的平衡，保障泵站在各种工况下都能稳固地处于预定位置。

影响防浮设计的因素

• 地下水位变化：地下水位并非恒定不变，季节性降水、周边工程施工、地质条件变化等都可能导致地下水位波动。设计时需充分考虑最高地下水位情况，以确保泵站在最不利工况下的抗浮稳定性。

• 泵站结构与重量：玻璃钢泵站的结构形式、尺寸以及自身重量对防浮设计有直接影响。例如，较大直径和高度的泵站，排开地下水的体积大，受到的浮力相应增大；而泵站自身重量较轻（这是玻璃钢材质的特点之一），在抗浮设计中需额外关注。

• 地质条件：不同地质条件下，土壤对泵站基础的约束和承载能力不同。如在软土地基中，土壤对泵站的锚固作用相对较弱，需要更强的抗浮措施来保证泵站稳定。

防浮设计规范要点

抗浮稳定性安全系数规定

根据相关规范，玻璃钢预制泵站抗浮稳定安全系数应按公式 Kf = Σv / Σu 计算。其中，Kf 为抗浮稳定安全系数；Σv 是作用于泵房基础底面以上的全部重力（kN），包括泵站筒体自重、内部设备重量、充水重量以及可能附加的配重等；Σu 为作用于泵房基础底面上的扬压力（kN），即浮力。在基本荷载组合下，抗浮稳定安全系数值一般为 1.10；在特殊荷载组合下，该值为 1.05。这意味着在正常运行工况下，泵站抵抗上浮的能力应具有一定的安全余量，以应对可能出现的不确定因素。

水压力及浮力计算规则

1. 水压力计算：玻璃钢泵站筒体壁上的水压力按静水压力计算。水压力值的相应水位，应依据勘察和水文提供的数据选取。对于可能出现的最高和最低水位，要考虑一时间变化及工程基准期可能的趋势确定。具体计算时，地下水对预制泵站筒体壁作用的压力，可按公式 Fw,k = γwhw 计算。其中，Fw,k 为地下水对预制筒体壁作用的压力值（kN/m²）；γw 是地下水的重度（kN/m³），通常取 9.81kN/m³；hw 为地下水水位至基础底面的距离（m）。

1. 浮力计算：浮力计算是防浮设计的关键环节。浮力大小等于泵站排开地下水的重量，即 F 浮 = ρgV 排。其中，ρ 为地下水密度（kg/m³），近似取 1000kg/m³；g 为重力加速度，取 9.8m/s²；V 排为泵站在地下水位以下的体积（m³），根据泵站的几何尺寸计算得出。

抗浮措施选择与设计要求

1. 增加泵站自重：可通过在泵站基础上浇筑混凝土配重块、在泵站内部放置铸铁块等方式增加泵站的重量。配重的重量需经过精确计算，确保在最高水位时，泵站总重力与浮力的差值满足抗浮安全系数要求。同时，要注意配重的分布均匀性，避免因配重不均导致泵站倾斜。

1. 抗浮锚杆设置：在基础底部设置抗浮锚杆是常用的抗浮措施。抗浮锚杆将泵站基础与深层稳定土层锚固在一起，提供有效的抗拔力抵抗浮力。设计抗浮锚杆时，需根据地质条件和浮力大小确定锚杆的数量、长度和直径。锚杆的锚固力应满足在最不利工况下能抵抗泵站所受浮力的要求。施工过程中，要严格控制锚杆的施工质量，确保锚杆的注浆强度和锚固长度符合设计标准。

1. 利用周边土体约束：合理设计泵站基础形式，如采用扩大基础、设置防滑齿槽等，利用周边土体对基础的摩擦力和嵌固作用来抵抗浮力。在设计时，需考虑土体的物理力学性质，如土体的内摩擦角、粘聚力等参数，通过计算确定基础尺寸和形式，以充分发挥周边土体的抗浮作用。

防浮设计计算实例

工程概况

某地区建设一座玻璃钢泵站，用于生活污水提升。泵站采用地埋式安装，筒体直径 D = 3m，高度 H = 5m。根据地质勘察报告，该地区地下水位变化较大，最高地下水位距地面 1m，地下水重度 γw = 9.81kN/m³。泵站筒体及内部设备总重量 G = 50kN。

浮力计算

首先计算泵站在最高地下水位时排开地下水的体积。泵站筒体在地下水位以下的高度 h = 5 - 1 = 4m。筒体为圆柱体，其体积 V = π(D/2)²h = 3.14×(3/2)²×4 = 28.26m³。

根据浮力计算公式 F 浮 = ρgV 排，可得浮力 F 浮 = 1000×9.8×28.26 / 1000 = 276.95kN（单位换算为 kN）。

抗浮稳定性安全系数计算

假设采用在泵站基础上浇筑混凝土配重块的方式增加自重。设配重块重量为 G 配，抗浮稳定安全系数 Kf = 1.1（基本荷载组合）。

根据抗浮稳定安全系数公式 Kf = (G + G 配) / F 浮，可得 1.1 = (50 + G 配) / 276.95。

解方程可得 G 配 = 1.1×276.95 - 50 = 254.645kN。

即需要配置重量约为 254.645kN 的混凝土配重块，才能满足抗浮稳定性安全系数要求。

抗浮措施设计

经计算确定采用配重抗浮措施后，根据混凝土的重度（一般取 25kN/m³），计算配重块的体积 V 配 = G 配 / (25) = 254.645 / 25 = 10.1858m³。

设计配重块的尺寸为长 × 宽 × 高 = 3m×3m×1.13m（实际尺寸可根据现场情况适当调整，确保体积满足要求）。在施工时，将配重块与泵站基础牢固连接，确保配重块与泵站共同抵抗浮力。

总结

玻璃钢泵站的防浮设计是保障其安全稳定运行的重要环节。通过遵循抗浮稳定性安全系数规定、准确计算水压力和浮力，并合理选择抗浮措施，结合实际工程情况进行精确计算和设计，能够有效解决泵站在地下水位较高环境下的抗浮问题。在实际工程应用中，应根据不同地区的地质条件、地下水位变化等因素，灵活运用防浮设计规范，确保玻璃钢泵站在各种工况下都能可靠运行，为给排水工程的顺利实施提供坚实保障。如需进一步了解特定场景下的防浮设计细节或优化抗浮措施，可随时深入研究相关技术资料与工程案例。